加州大学圣地亚哥分校斯克里普斯海洋学研究所的物理海洋学家莉亚·西格尔曼(Lia Siegelman)领导的一项新研究表明，木星极地地区的动荡风暴是由研究地球海洋和大气的物理学家所知道的过程驱动的。这两颗行星之间跨越4.52亿英里的地球物理共性甚至可以帮助我们更好地理解地球上的这些过程。

　　西格尔曼在2018年首次将我们的星球与这颗气态巨行星联系起来，当时她注意到木星巨大气旋的图像与她正在研究的海洋湍流之间有着惊人的相似之处。西格尔曼说，对物理学家来说，空气和水都被认为是流体，因此将海洋物理学应用于木星并不像听起来那么牵强。“木星基本上是一个气体海洋。”

　　这一初步观察使西格尔曼与人合著了2022年发表在《自然物理学》上的一项研究，该研究分析了美国宇航局朱诺号宇宙飞船拍摄的木星气旋的高分辨率红外图像。分析显示，一种类似于地球上看到的对流有助于维持木星的风暴，这些风暴可能宽数千英里，持续数年。

　　2022年的研究直接关注木星的气旋，但西格尔曼也在气体漩涡之间的空间里看到了细丝，研究人员称之为细丝。这些细丝也有地球上的类似物，西格尔曼利用朱诺号的详细图像来研究这种与地球海洋和大气过程的相似性是否仅仅是表面上的。

　　Siegelman的后续研究由Scripps和美国国家科学基金会资助，发表在6月6日的《自然物理学》杂志上。该研究发现，木星气旋的形成过程与地球气旋的形成过程有更多的相似之处。研究表明，木星旋风之间的细丝与对流协同作用，促进和维持了行星上的巨大风暴。具体来说，木星的细丝的活动方式类似于海洋学家和气象学家所说的地球上的锋面。

　　天气预报中经常讨论锋面，例如冷锋或风暴锋面，但它们既适用于气体，也适用于液体。锋面是由于温度等性质的不同而导致密度不同的气体或液体之间的边界。在海洋中，锋面也可能是由于盐度的差异造成的，盐度的差异会影响海水的密度和温度。锋面的一个关键特征是它们的前缘具有很强的垂直速度，可以产生风或流。

　　西格尔曼在朱诺号拍摄的图像中清晰地看到了木星旋风之间的细丝，为了了解这些细丝的作用，她查看了朱诺号拍摄的一系列红外图像。这批图像是木星北极地区的，以30秒的增量拍摄。

　　事实上，这些图像是红外线的，这使得西格尔曼和她的合作者、美国宇航局喷气推进实验室、加州理工学院和高等师范学院的帕特里斯·克莱因能够计算出温度——明亮的区域更温暖，黑暗的区域更凉爽。在木星上，大气层中较热的部分对应着稀薄的云层，较冷的部分代表着厚厚的云层，阻挡了更多来自木星过热核心的热量。然后，研究人员跟踪云和细丝在30秒间隔内的运动，以计算水平风速。

　　这两条信息使西格尔曼和克莱因能够将海洋和大气科学的方法应用于木星，使他们能够计算出与研究人员从图像中得到的温度和水平风速相对应的垂直风速。一旦研究小组计算出垂直风速，他们就能看到木星的细丝确实像地球上的锋面一样。

　　木星锋面边缘的垂直风速也意味着锋面参与了以热量形式将能量从行星炎热的内部输送到上层大气的过程，从而为巨大的气旋提供燃料。虽然对流是主要驱动力，但锋面占木星气旋总动能的四分之一，占垂直热输送的40%。

　　西格尔曼说:“自2016年首次观测到木星两极的这些气旋以来，它们一直存在。”“这些大漩涡之间的细丝相对较小，但它们是维持气旋的重要机制。锋面和对流在地球和木星上的存在和影响令人着迷——这表明这些过程也可能存在于宇宙中其他湍流体上。”

　　西格尔曼还说，木星的巨大规模和朱诺的高分辨率图像可以让我们更清楚地看到像锋面这样的小尺度现象与像旋风和大气这样的大尺度现象之间的联系——这种联系在地球上通常很难观察到，因为地球上的现象要小得多，也更短暂。然而，她补充说，一颗被研究人员称为SWOT的期待已久的新卫星将使这些海洋现象更容易观察。

　　西格尔曼说:“发现地球上的这些物理机制存在于其他遥远的行星上，这是一种宇宙之美。”